KR20100025076A - 비튜멘 추출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비튜멘 추출장치에 관한 것으로서, 오일샌드와 유기용매를 회전으로 교반하는 반응기와, 반응기로부터 혼합된 비튜멘과 유기용매의 혼합액을 일시 저장하는 저장드럼과, 저장드럼으로부터 공급된 혼합액을 가열하여 유기용매는 증발시키고 비튜멘을 추출하는 추출드럼과, 추출드럼에서 증발된 유기용매를 콘덴서를 통해 응축시킨 후 반응기로 재유입시키는 순환펌프를 포함한다. 따라서 본 발명은, 오일샌드와 유기용매를 회전으로 교반하는 반응기와 반응기로부터 혼합된 혼합액을 가열하여 비튜멘을 추출하게 되는 추출드럼을 사용함으로써, 오일샌드와 유기용매의 균일한 혼합을 유도할 수 있으며, 반응기 내부에 메쉬망을 두어 비튜멘 추출 후 메쉬망에 잔류된 오일샌드 원료의 교체 작업이 원활히 수행될 수 있고, 유기용매의 재사용으로 처리 비용을 절감할 수 있으며 추가적인 처리 과정이 필요하지 않게 되어 원료의 손실을 줄일 수 있으며 생산성 향상을 가져온다. 또한, 추출 장치의 구동 구조가 간단하여 제작비를 절감할 수 있고, 추출과정에서 별도의 연료가 필요 없어 경제적이며, 적은 에너지 소비로도 높은 비튜멘의 회수율을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

오일샌드, 비튜멘, 추출, 반응기, 교반

Description

비튜멘 추출장치{EXTRACT DEVICE OF BITUMEN}

본 발명은 저급 연료원인 오일샌드(Oil Sand)로부터 원유 성분인 비튜멘(Bitumen)을 추출하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비튜멘을 추출하기 위하여 고온의 스팀방식이나 뜨거운 물을 이용하는 방식 대신에 상온에서 오일샌드를 유기용매와 지속적으로 접촉시킴으로써 오일샌드에 포함된 비튜멘 성분 점도를 낮추어 추출할 수 있는 장치에 관한 것이다.

오일샌드(Oil Sands)는, 비튜멘(bitumen)??모래??물??점토의 혼합물을 지칭하며, 이 오일샌드가 석유로서의 의미를 갖는 것은 비튜멘을 함유하고 있기 때문이며, 비튜멘은 검은색의 무겁고 끈적끈적한 형태의 점성질 원유로 초중질 원유로 생각할 수 있다.

통상적인 원유는 물보다 가볍지만, 비튜멘은 물과 비슷한 비중을 가지며, 자연 상태에서는 시추공이나 송유관 내에서 흐르지 않기 때문에 열을 가하거나 희석제(초경질원유 혹은 경질석유제품)와 혼합해 비중과 점성도를 낮춘 후 송유관으로 수송이 가능하다는 점에서 통상적인 원유와는 다른 특징을 가진다.

오일샌드는 그간 높은 생산비용(배럴당 20~25달러)으로 경제성이 없었으나 최근 유가의 고공행진을 함에 따라 개발 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.

종래의 오일샌드로부터 비튜멘을 추출하는 일반적인 방법을 도시된 도 1 내지 도 2를 통해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 방식은, 오일샌드를 잘게 부순 후 뜨거운 물과 혼합해 비튜멘을 분리하는 것으로서, 원료 추출 반응기(10)로는 원료저장탱크(12)에 저장된 오일샌드의 원료와 물공급탱크(14)로부터 공급되는 물을 예열용히터(15)를 통해 뜨거운 물이 하부로부터 공급된다.

이에 반응기(10)에서는 오일샌드 원료와 뜨거운 물이 혼합되어 비튜멘이 추출되고, 추출된 비튜멘은 저장탱크(16)로 이송되며, 증류된 기상 물질은 분리기(17)를 거쳐 콘덴서(18)에서 응축되어 배출된다.

그리고 도 2에 따르면, 고온. 고압의 스팀을 주입하여 비튜멘을 녹여서 추출하는 방식으로서, 원료 추출 반응기(20)로 원료저장탱크(22)에 저장된 오일샌드의 원료와 물이 아닌 고온의 스팀을 믹서(24)를 통해 공급하고 여기서 추출된 비튜멘은 저장탱크(26)로 이송되며, 증류된 기상 물질은 분리기(27)를 거쳐 콘덴서(28)에서 응축되어 배출된다.

그런데, 기존과 같은 종래의 비튜멘 추출 방식에서는 물을 데우고, 스팀을 생산하기 위한 연료가 필요하게 되어 많은 에너지를 소비하게 되며, 콘덴서를 통해 배출되는 폐수 및 폐기물 처리 등으로 추가적인 환경비용이 들게 되고, 회수율이 낮은 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 오일샌드와 유기용매를 회전으로 교반하는 반응기와 반응기로부터 혼합된 혼합액을 가열하여 비튜멘을 추출하게 되는 추출드럼을 사용함으로써, 유기용매를 통해 오일샌드의 점도를 급격히 낮출 수 있어서 비튜멘의 회수가 용이하고, 오일샌드와 유기용매의 혼합 시료는 증류 과정을 통해 유기용매를 재사용하게 되는 비튜멘 추출장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비튜멘 추출장치에 있어서, 오일샌드와 유기용매를 회전으로 교반하는 반응기와, 반응기로부터 혼합된 비튜멘과 유기용매의 혼합액을 일시 저장하는 저장드럼과, 저장드럼으로부터 공급된 혼합액을 가열하여 유기용매는 증발시키고 비튜멘을 추출하는 추출드럼과, 추출드럼에서 증발된 유기용매를 콘덴서를 통해 응축시킨 후 반응기로 재유입시키는 순환펌프를 포함하는 비튜멘 추출장치를 제공한다.

그리고 바람직하게 반응기는, 유기용매가 노즐을 통해 공급되는 본체와, 본 체의 내부에 탈, 장착 가능하게 설치되며 오일샌드가 채워지는 메쉬망과, 메쉬망을 회전시키는 구동모터로 구성되고, 더욱 바람직하게는 메쉬망의 내주연을 따라 교반용 날개가 설치되어 오일샌드와 유기용매의 교반을 돕게 된다.

또한, 본체에는 공급되는 유기용매의 공급량을 확인할 수 있는 레벨게이지가 더 포함된다.

또, 추출드럼에는 혼합액을 가열하도록 예열용 히터가 설치되는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 오일샌드와 유기용매를 회전으로 교반하는 반응기와 반응기로부터 혼합된 혼합액을 가열하여 비튜멘을 추출하게 되는 추출드럼을 사용함으로써, 오일샌드와 유기용매의 균일한 혼합을 유도할 수 있으며, 반응기 내부에 메쉬망을 두어 비튜멘 추출 후 메쉬망에 잔류된 오일샌드 원료의 교체 작업이 원활히 수행될 수 있고, 유기용매의 재사용으로 처리 비용을 절감할 수 있으며 추가적인 처리 과정이 필요하지 않게 되어 원료의 손실을 줄일 수 있으며 생산성 향상을 가져온다.

또한, 추출 장치의 구동 구조가 간단하여 제작비를 절감할 수 있고, 추출과정에서 별도의 연료가 필요 없어 경제적이며, 적은 에너지 소비로도 높은 비튜멘의 회수율을 얻을 수 있는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기 에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비튜멘 추출장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비튜멘 추출장치에서 반응기의 평면도이다.

도 3에 도시된 비튜멘 추출장치(100)는, 오일샌드와 유기용매를 회전으로 교반하는 반응기(110)와, 반응기(110)로부터 혼합된 혼합액을 일시 저장하는 저장드럼(130)과, 혼합액으로부터 비튜멘을 추출하는 추출드럼(140)과, 추출드럼(140)으로부터 증발된 유기용매를 응축하여 반응기(110)로 재유입시키는 순환펌프(160)로 구성된다.

여기서 반응기(110)는 내부에 공간을 형성하는 원통형 본체(111)와, 본체(111)의 중앙에 오일샌드가 채워져서 설치되는 메쉬망(114)과, 메쉬망(114)에 모터축이 연결되어 회전 구동력을 전달하는 구동모터(116)로 이루어진다.

바람직하게 본체(111)에는 유기용매를 공급하기 위한 하나 이상의 노즐(113)이 설치되며, 메쉬망(114)에는 내주연을 따라 교반용 날개(115)가 복수개 설치되어 오일샌드와 유기용매의 교반을 돕게 된다.

또한, 메쉬망(114)은 본체(111)의 후측면 또는 전면측에 설치될 수 있는 도 어(112)의 개방에 따라 탈, 장착이 가능하다.

그리고 구동모터(116)는 정, 역회전 가능한 것이 바람직하다.

또, 본체(111)의 일측으로는 공급되는 유기용매의 공급량을 확인할 수 있는 레벨게이지(117)가 더 포함된다.

여기서 유기용매는 톨루엔, 벤젠, THF(tetrahydrofuran) 중 어느 하나가 사용되며, 바람직하게는 톨루엔이 사용되어 진다.

한편, 반응기(110)의 하측으로는 오일샌드로부터 비튜멘과 유기용매가 교반되어 혼합된 혼합액을 일시 저장하기 위한 저장드럼(130)이 설치되며, 이 저장드럼(130)과 반응기(110)를 연결하는 연결관(120)상에는 유출용 밸브(122)가 설치된다.

유출용 밸브(122)는 수직 방향으로 간격 이격되어 두 개가 설치되어 압력 수위를 조절하게 된다.

그리고 저장드럼(130)의 후측으로 추출드럼(140)이 설치된다.

추출드럼(140)은 저장드럼(130)으로부터 공급되는 혼합액을 가열하여 유기용매는 증발시켜서 비튜멘을 추출하게 되는 것으로서, 혼합액을 가열할 수 있는 예열용 히터(142)가 설치된다.

그리고 추출드럼(140)의 후측으로는 추출된 비튜멘을 저장하기 위한 저장탱크(180)가 설치되며, 또 추출드럼(140)에는 콘덴서(150)가 연결 설치되어 추출드럼(140)에서 증발된 유기용매를 응축하게 된다.

콘덴서(150)를 거치면서 응축된 유기용매는 콘덴서(150)에 근접 설치된 순환펌프(160)에 의해 순환라인(170)을 따라 반응기(110)로 재유입 된다.

그리고 순환라인(170)상에는 유기용매의 공급 유량을 조절할 수 있는 조절밸브(172)가 설치되며, 순환라인(170)의 끝단에는 본체(111)에 설치된 노즐(113)에 연결된다.

이하, 이와 같이 구성된 비튜멘 추출장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

반응기(110)의 본체(111)로부터 탈착된 메쉬망(114)에 오일샌드 원료를 채워넣고, 오일샌드가 채워진 메쉬망(114)은 본체(111)의 도어(112)를 개방하여 내부 설치한다.

그리고 본체(111)에 연결 설치된 노즐(113)을 통해서는 톨루엔의 유기용매가 공급되어 지며, 이때 레벨게이지(117)를 통해 공급량을 확인하면서 공급이 이루어지게 된다.

상기와 같이 오일샌드와 유기용매의 충진이 완료되면, 구동모터(116)에 전원이 인가되어 메쉬망(114)을 일방향으로 회전시키면서 메쉬망(114)의 오일샌드와 본체(111)의 유기용매를 교반하게 된다. 이때, 메쉬망(114)의 교반용 날개(115)는 오일샌드가 하부에 적재되지 않고 유동이 일어남으로써 유기용매와의 교반을 돕게 된다.

그리고 일정 시간의 교반으로 유기용매를 통하여 점도가 급격히 낮아진 비튜멘과 유기용매의 혼합액은 유출용 밸브(122)의 제어에 따라 연결관(120)을 통해 저장드럼(130)에 일시 저장되고, 이어서 저장드럼(130)에 저장된 혼합액은 추출드 럼(140)으로 공급된다.

추출드럼(140)에서는 예열용 히터(142)의 가열을 통해 비등점에 의해 유기용매 성분만 증발되고, 증발된 유기용매는 콘덴서(150)에서 응축되어 순환펌프(160)로 하여 순환라인(170)을 따라 반응기(110)로 재유입된다. 그리고 반응기(110)로의 유입은 순환라인(170)상의 조절밸브(172)로 하여 공급량이 조절된다.

그리고 추출드럼(140)에 남은 비튜멘은 저장탱크(180)로 이송되고, 정제 과정을 통해 합성원유(synthetic crude oil) 및 기타 석유화학 제품을 제조하기 위한 공정에 사용할 수 있게 된다.

그러므로 본 발명에서는 유기용매와 오일샌드를 회전으로 교반시킴으로써 원료의 손실을 최소화시킬 수 있으며, 적은 에너지 소비에도 불구하고 고효율로 비튜멘을 회수할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 비튜멘 추출장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1 내지 도 2는 종래에 오일샌드로부터 비튜멘을 추출하기 위한 장치의 개략적인 구성도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비튜멘 추출장치의 구성도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비튜멘 추출장치에서 반응기의 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 추출장치 110 : 반응기

111 : 본체 112 : 도어

113 : 노즐 114 : 메쉬망

115 : 교반용 날개 116 : 구동모터

117 : 레벨게이지 120 : 연결관

122 : 유출용 밸브 130 : 저장드럼

140 : 추출드럼 142 : 예열용 히터

150 : 콘덴서 160 : 순환펌프

170 : 순환라인 172 : 조절밸브

180 : 저장탱크

Claims (5)

1. 비튜멘 추출장치에 있어서,

   오일샌드와 유기용매를 회전으로 교반하는 반응기와,

   상기 반응기로부터 혼합된 비튜멘과 유기용매의 혼합액을 일시 저장하는 저장드럼과,

   상기 저장드럼으로부터 공급된 상기 혼합액을 가열하여 유기용매는 증발시키고 상기 비튜멘을 추출하는 추출드럼과,

   상기 추출드럼에서 증발된 상기 유기용매를 콘덴서를 통해 응축시킨 후 상기 반응기로 재유입시키는 순환펌프

   를 포함하는 비튜멘 추출장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반응기는,

   상기 유기용매가 노즐을 통해 공급되는 본체와,

   상기 본체의 내부에 탈, 장착 가능하게 설치되며 상기 오일샌드가 채워지는 메쉬망과,

   상기 메쉬망을 회전시키는 구동모터로 구성되는 비튜멘 추출장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 메쉬망의 내주연을 따라 교반용 날개가 설치되어 상기 오일샌드와 유기용매의 교반을 돕는 비튜멘 추출장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 본체에는 공급되는 상기 유기용매의 공급량을 확인할 수 있는 레벨게이지가 더 포함되는 비튜멘 추출장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 추출드럼에는 상기 혼합액을 가열하도록 예열용 히터가 설치되는 비튜멘 추출장치.

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